六氯化硫,分子式SF6,相對分子質量為146.06,常溫常壓下為無色、無味、無毒、無腐蝕性、不燃、不爆燃的二氧化碳,密度約為空氣的5倍,標準狀態下密度為6./立方米.在高溫和加壓情況下呈液態,冷藏后弄成紅色固體。升華氣溫為-63.9℃,熔點-50.8℃,臨界氣溫45.55℃,臨界壓力為3.。六氯化硫具有良好的物理穩定性和熱穩定性,卓越的電絕緣性和脫扣性能;SF6二氧化碳液化氣溫:它在一個大氣下(即0.1MPa),液化氣溫為-62℃;在1.2MPa壓力下,液化氣溫為0℃;通常充入斷路器的SF6二氧化碳壓力為0.35~0.65MPa范圍(由充氣時的環境濕度具體確定),其液化氣溫為-40℃。
臨界氣溫是SF6二氧化碳出現液化的最高氣溫臨界壓力表示在這個氣溫下出現液化所需的二氧化碳壓力。SF6只有在室溫低于=45度以上時才會保持氣態,在一般使用條件下,它有液化的可能性,因而SF6不能在低水溫和過高壓力下使用。
SF6的電氣硬度約為空氣的2.5倍,脫扣能力更高達空氣的100倍以上,所以在超高壓和特高壓的范疇內,它已完全替代絕緣油和壓縮空氣而成為惟一的斷路器脫扣媒質。
六氯化硫理化特點方面的若干問題二氧化碳要作為絕緣媒質應用于工程實際,不但應具有高電氣硬度,并且還要具備良好的理今化特點。SF6二氧化碳是惟一獲得廣泛應用的強氫鍵二氧化碳的緣由即在于此C下邊對SF6二氧化碳實際應用中的理化特點作一介紹:
(一)液化問題
現代SF6高壓斷路器的氣壓在0.7Mpa左右,而GIS中除斷路器外其余部份的充氣壓力通常不超過0.45MPa。假如20℃時的充氣壓力為0.75MPa(相當于斷路器中常用的工作氣壓),則對應的液化氣溫約為-25℃,假如20℃時的充氣壓力為0.45MPa,則對應的液化氣溫為一40℃,可見通常不存在液化問題,只有在高寒地區才須要對斷路器采用加熱舉措,或采用SF6-N2混和二氧化碳來增加液化體溫。
(二)毒性分解物
純凈的SF6幾二氧化碳是無毒惰性二氧化碳,180攝氏度以下時它與電氣設備中材料的相容性與氧氣相像.但SF6的分解物有毒,并對材料有腐蝕作用,因而必須采取舉措以保證人身和設備的安全。
二、六氯化硫混和二氧化碳
1SF6二氧化碳價錢較高
2液化水溫不夠低
3對電氣不均勻度太敏感
目前國外外都在研究SF6混和二氧化碳,以期在個別場合用SF6混和二氧化碳來取代SF6二氧化碳.目前已獲工業應用的是SF6一N2混和二氧化碳,主要用作高寒地區斷路器的絕緣媒質和脫扣材料,采用的混和比一般為50%:50%或60%:40%。在常壓-63℃時,弄成無色的固體物質。加壓時可融化,其單相點參數為:t=-50.8℃,p=0.23MPa。
六氯化硫的臨界壓力和臨界氣溫都很高,臨界壓力3.9MPa,臨界氣溫為45.6℃。在臨界壓力和臨界氣溫下六氯化硫二氧化碳的密度是7.3g/L。在3.9MPa以上的壓力,無論多么高,它的液化氣溫都是45.6℃,是一條直線。為此,臨界氣溫是液化的最高氣溫,而臨界壓力是液化的最小壓力。
六氯化硫的熔點,其參數為TM=-50.8℃,PM=0.23MPa,這點是氣、液、固單相共存狀態。B點為六氯化硫沸點,TB=-63.8℃,飽和蒸氣壓等于0.1MPa。許多二氧化碳在一般情況下,可視為理想二氧化碳,它們的狀態參數之間存在簡單的關系,即理想二氧化碳狀態方程式:pV=mRT/M=nRT
式中:m——氣體質量,g
P——氣體浮力,MPa
T——溫度,K
V——氣體容積,L
M——氣體摩爾質量,g/mol
R——摩爾二氧化碳常數(=0.?L/(K?mol))
從物理上說,當一個多項式中只富含1個未知量時,就可以估算出這個未知量。因而,在浮力、體積、溫度和所含物質的量這4個量中,只要曉得其中的3個量即可算出第四個量。這個等式依據須要估算的目標不同,可以轉換為下邊4個等效的公式:
求壓力:p=nRT/v
求容積:v=nRT/p
求所含物質的量:n=pv/RT
求氣溫:T=pv/nR
按照二氧化碳狀態多項式可以推測二氧化碳狀態變化時各參數之間的關系。諸如二氧化碳在等溫壓縮(或等溫膨脹)時,壓力與密度成反比。
當壓力低于0.3~0.5MPa時,因為六氯化硫分子間壓力與密度變化關系(t=20℃),吸引力隨密度減小即分子寬度離的減少而愈益明顯。1—按理想二氧化碳變化,實際的二氧化碳壓力變化特點,與按理想二氧化碳變化定理2—六氯化硫二氧化碳壓力變化推論下來的各類關系式拿來估算六氯化硫參數會形成較大偏差。
在實際使用中,為較確切地估算六氯化硫的狀態參數常采用經驗公式,下邊的公式是比較實用的。
P=56.2*10^-6*γ*T*(1+B)-γ^2*A
A=74.9*10^-6*(1-0.727*10^-3*γ)
B=2.51*10^-3*γ*(1-0.846*10^-3*γ)
其中,P為SF6氣體的壓力MPa
γ為氣體的密度kg/m^3
T為氣體的溫度K
T=t+273.15
六氯化硫二氧化碳狀態參數曲線的應用
應用狀態參數曲線圖可以較便捷地估算六氯化硫的狀態參數,以及求取液化或固化的體溫。
1.估算斷路器內六氯化硫二氧化碳的充氣容積
比如,某六氯化硫斷路器,在20℃時工作壓力為0.45MPa,(表壓),六氯化硫二氧化碳充裝量為31kg,求斷路器內部充氣容積。
在20℃時工作壓力0.45MPa,則絕對壓力為0.55MPa,由20℃,0.55MPa壓力,查得圖1-4歇直線簇中工作點S,計算這條經過S點的平行于斜直線簇的斜線的密度是35kg/m3
則六氯化硫斷路器的充氣容積為:31/35=0.886m3。
2.求六氯化硫斷路器內部充氣壓力隨外界氣溫變化而變化的容許范圍
比如,在20℃時,上述充氣工作壓力為0.45MPa,絕對壓力為0.55MPa的六氯化硫斷路器。在環境濕度升至30℃,若保持密度=35kg/m3不變,沿此斜線在圖1-4的S點兩側查得30℃時,絕對壓力為0.58MPa,工作壓力則為0.48MPa。而在室溫降至-10℃時,沿密度=35kg/m3斜線可以在S點兩側查出-10℃時,絕對壓力為0.49Mpa,工作壓力為0.39MPa。結果表明,外界氣溫在-10℃到30℃之間變化時,六氯化硫斷路器的工作壓力可以在0.39MPa到0.48MPa之間變化。(20℃時充氣壓力0.45MPa)。
3.了解不同工作壓力下六氯化硫二氧化碳液化時的氣溫
上例中的六氯化硫斷路器,20℃時工作壓力0.45MPa,密度=35kg/m3,工作點S,過S點的斜線交與AMB曲線于T點,此點氣溫t=-33℃,相應的工作壓力為0.35MPa。即此斷路器中六氯化硫二氧化碳,在-33℃時開始液化。T點表示濕度驟降而出現凝結的液化點。
六氯化硫二氧化碳一旦開始液化,隨氣溫繼續增長,六氯化硫二氧化碳不斷凝結成液體,二氧化碳的密度不再保持常數而是不斷減少,但是二氧化碳的壓力升高得更快。氣溫降到液化點并不表示全部二氧化碳立即被凝結成液體,只是凝結的開始。但當氣溫繼續增加,二氧化碳的壓力、密度升高更快時,六氯化硫二氧化碳的絕緣、滅弧性能都迅速增長,所以六氯化硫斷路器不容許工作氣溫高于液化點。
從曲線AMB可以看出,六氯化硫斷路器工作壓力(指表壓)越高,液化氣溫越高。液化氣溫與斷路器的工作壓力有關。若按液化氣溫不高與-20℃計算,相應的在20℃時的絕對壓力不應高與0.82MPa,工作壓力(表壓)不應低于0.72MPa。斷路器工作壓力很低時,氣溫回升時可能不出現液化而直接凝煉固體。
可知SF6型斷路器的使用環境條件為-30℃~+40℃,額定壓力0.45MPa,閉鎖壓力0.4MPa,剖析結果也可以用玻義耳-馬略特二氧化碳狀態多項式PV/T=P1V1/T1進行估算驗證。其中:P為壓力;V為容積;T為氣溫(絕對濕度);P1為變化后壓力;V1為變化后容積;T1為變化后氣溫。當容積不變,SF6二氧化碳壓力隨著氣溫的變化而變化,可估算出LW8-35型斷路器的SF6二氧化碳壓力變化值臨界溫度,將參數代入式中得:P1=P×T1/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa當SF6二氧化碳氣溫由20℃變至-39℃時,SF6二氧化碳壓力由0.45MPa變至0.36MPa,早已高于閉鎖壓力0.4MPa了。
1、六氯化硫的絕緣和脫扣性能主要取決于它的含量和密度。而與壓力無關。
2、當前大部份六氯化硫開關的二氧化碳狀態檢測裝置多為“氣體密度表”,雖然,它反映的是“折算至20℃時,開關內二氧化碳的壓力Mpa”,而不是當前桶內的真實壓力。它由當前開關內壓力的傳感器裝置和雙金屬帶構成的氣溫補償裝置聯合構成。
3、“開關的充氣壓力”“開關標牌上的額定壓力”等平常呼稱的壓力均指“氣體密度表的指示壓力”。雖然,它是開關內的二氧化碳絕對壓力與外界大氣壓的差值。為此,將二氧化碳密度表的指示壓力(簡稱‘表壓’”或稱“工作壓力”)加上外界大氣壓力才是開關內的絕對壓力。
4、氣體的絕對壓力指“氣體對容器壁的正交壓力”。
5、1標準大氣壓(atm)=、1工程大氣壓(ata)=、1Bar=
6、開關內因為液化導致的二氧化碳密度降低和二氧化碳泄漏對二氧化碳的絕緣和脫扣性能的影響是完全一樣的。所以臨界溫度,當發生因為液化導致的二氧化碳密度的準確減少而致使開關發出“閉鎖訊號”時,不應當人為解除閉鎖。
7、對于因為二氧化碳密度表的檢測氣溫范圍不適應現場實際要求的,應更換適合的密度表。例如,密度表的標稱的氣溫范圍是-20至40度,而開關安裝地的實際氣溫范圍可能是-35至45度,這樣,在極端情況下,密度表將不能真實的反映二氧化碳的密度。反正,就是要致使密度表的氣溫范圍能涵括實際可能的環境濕度。
8、為了才能讓極高溫下的六氯化硫開關得以安全運行,有兩種著力可行的辦法:
A在開關頂部對開關桶進行加熱;有的地區采用的這些辦法,療效不錯。但須要改裝加溫裝置和保溫舉措。
B使用六氯化硫-甲烷混和二氧化碳開關,能使二氧化碳在工作壓力下的液化氣溫降至-42度左右,大大適應了高溫環境。